石林，袁少飛，王洪艷，張建，陳杰，郝向陽，李琴

（1.浙江農林大學 化學與材料工程學院，浙江 杭州 311300；2.浙江省林業(yè)科學研究院 浙江省竹類研究重點實驗室，浙江 杭州 310023）

人類健康與空氣質量密切相關[1]。隨著工業(yè)化和城市化進程的加快，居住環(huán)境污染問題日益突出，特別是隨著室內裝飾裝修材料的普遍應用，大量有害有毒物質被帶入室內，導致居住生活、工作環(huán)境中的空氣負離子減少。醫(yī)學研究表明，負離子能夠直接作用于人體的中樞神經，促進血液循環(huán)，并且具有增強身體免疫力、緩解身心疲勞、抑菌殺菌的作用[2]，負離子還能與室內的有害氣體發(fā)生反應，有效減輕裝修污染[3]，起到空氣凈化的作用。因此，負離子功能產品受到消費者的青睞，負離子人造板在室內裝飾中的應用越來越廣泛[4]。本文綜述了負離子材料研究現(xiàn)狀、負離人造板工藝、檢測方法及相關標準，分析了負離子人造板當前面臨的相關問題，并對其發(fā)展趨勢做出展望，旨在為負離子人造板的發(fā)展提供參考。

1 負離子材料研究現(xiàn)狀

1.1 產生負離子的方法

人工制造負離子的方式主要有4種，即噴水法、放射源法、電暈放電法、天然礦石法[5-6]，其中天然礦石法是目前應用最廣泛的方法[7-9]。天然礦石主要有電氣石、奇冰石、奇才石[10]、鐳石、蛋白石、六環(huán)石、托瑪琳石和古代海底礦物層等，此外，還有一些無機多孔材料、稀土型復合鹽、光觸媒材料也可以釋放負離子。

為使負離子材料具有更優(yōu)異的負離子釋放性能，復合負離子材料[11]和負離子材料改性[12]等都是目前研究的重要方向，眾多學者進行了相關研究。蔡夢軍等[13]用聚羧酸鹽做改性劑，研究電氣石粉的改性工藝，將電氣石粉超細化處理后具有較高的負離子釋放量。王付龍[14]用硅烷偶聯(lián)劑超細負離子粉表面進行有機改性，再通過懸浮聚合法制備包覆的超細負離子粉體微球，達到了對超細負離子粉穩(wěn)定化處理的目的，提高了微球中負離子粉的有效含量。

1.2 負離子的作用與功效

負離子具有生物效應，能改善大腦皮層，刺激精神，改善肺功能，加速呼吸纖維組織的運動，加速基礎代謝等功能，對呼吸道疾病、支氣管哮喘、支氣管炎和肺氣腫有一定的療效，被醫(yī)學界稱為“空氣維生素”[15-16]；負離子可殺菌抑菌，如抑制霍亂弧菌、傷寒桿菌和葡萄球菌等細菌的生長，殺死大腸桿菌[17-18]，其主要機制是負離子與細菌結合后會引起細菌能量轉移或結構變化，從而導致細菌死亡[19]；負離子還可以凈化空氣。日本科學家Kubo最先發(fā)現(xiàn)了電氣石存在可以釋放負離子的永久性電極，并且預測了電氣石可以改善環(huán)境，具有很高的應用價值[20-22]。它能與環(huán)境中顆粒物（PM2.5等）、甲醛、氮氧化物、苯系物等有害物質發(fā)生反應[23-25]，從而起到凈化空氣的作用。

1.3 釋放機理及其影響因素

目前發(fā)現(xiàn)的負離子材料主要是具有壓電性和熱電性的天然礦石，當環(huán)境溫度或環(huán)境壓力發(fā)生輕微變化時，負離子材料會產生熱電效應和壓電效應，即存在電熱和電壓差，從而使相鄰的空氣分子電離[26-27]，并轉化為負離子。

負離子材料釋放負離子的能力除取決于自身結構外，還受到多方面因素的影響[28]，如氣流、水流、負離子材料的濃度、與空氣的接觸面積、承載率、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度等因素對其釋放能力均有影響?？滴慕躘29]的研究證明了電氣石與空氣接觸面增大、溫度的升高或波動、環(huán)境濕度的增大都會促進電氣石釋放負離子效率；王晴等[30]發(fā)現(xiàn)負離子粉的摻量增加、負離子粉粒度的減小或環(huán)境濕度的增大都有利于增加板材的負離子釋放量，其中濕度的變化影響更明顯；彭友等[31]對人造板進行負離子催化處理，發(fā)現(xiàn)室內負離子濃度隨其承載率的增加而增加。

2 負離子人造板研究現(xiàn)狀

負離子人造板通常是將負離子材料與人造板通過浸漬、涂布、共混等方法制成[32]能夠持續(xù)釋放負離子的人造板[33]。按基材或處理對象不同可分為負離子膠合板、負離子纖維板、負離子細木工板、負離子刨花板、負離子定向刨花板等。

2.1 生產工藝研究進展

近年來，研究學者們對負離子人造板生產工藝的研究主要集中在負離子材料的添加方式方面。負離子材料的添加方式大致可以分為以下五種。

2.1.1 負離子裝飾紙 將負離子粉和生產浸漬膠膜紙相結合，制成負離子裝飾紙再將其覆貼在人造板的表面。如陳建新等[34]將負離子粉均勻的涂布在浸漬紙上，然后對細木工板進行覆貼，得到負離子改性的浸漬紙飾面板，經檢測這種細木工板的負離子釋放量平均值為1 344個·cm-3；田應祥[35]將特制負離子濃縮液滾涂于浸漬紙的表面制得負離子浸漬裝飾紙，然后將負離子裝飾紙鋪放于基材層的表面，熱壓冷卻后得到負離子板。用此種方法制得的負離子板，負離子能夠直接接觸到空氣，但在使用時要盡量保持干燥。

2.1.2 負離子改性膠黏劑 通過對制備基材的膠黏劑進行負離子粉改性，使用負離子粉改性膠黏劑制成負離子人造板。如陳濤等[36]將負離子添加劑加入到大豆無醛膠中制得負離子大豆膠黏劑并用于制備負離子膠合板，研究發(fā)現(xiàn)添加負離子粉不會對大豆膠的使用性能產生影響，并測得其負離子釋放量可達到1 000個·cm-3以上。用此種方法制得的負離子膠合板，空氣不能與負離子粉直接接觸，負離子釋放速度慢，在添加相同含量的負離子粉時，較第一種方法相比，負離子釋放量低。

2.1.3 負離子涂飾材料 將負離子材料添加到油漆、涂料中涂飾在人造板表面制成負離子人造板。一般是在制漿階段加入負離子粉體，使負離子粉體與其他填料充分混合，或先將負離子粉體和潤濕分散劑混合制成負離子漿加入到油漆、涂料中，使油漆和涂料具有釋放負離子的功能。如趙傳山等[37]將負離子超細研磨后與PVA、CMC、有機硅油和水配置成固含量為70%的涂料，經檢測其負離子釋放量可達3 800個·cm-3。用此種方法制成的人造板不宜在高溫高濕環(huán)境中使用。

2.1.4 負離子水液 將負離子水液直接噴涂在人造板的表面。由于液體的蒸發(fā)速度較快，用這種方法所制得的負離子人造板的負離子釋放時間很短，易失水形成負離子晶體，更為嚴重的是如果該負離子晶體被人體吸收會使身體發(fā)生病變甚至致癌，所以目前使用這種方法的人造板并不多見。

2.1.5 負離子無機人造板 將負離子粉通過偶聯(lián)劑改性將其與木材、竹材、秸稈、無機材料等充分混合后制成負離子功能無機人造板。如高俊權[38]通過添加有復合穩(wěn)定劑、硬脂酸、竹木粉和負離子礦粉等組分制成一種環(huán)保性防火性能優(yōu)良的負離子裝飾板。用此種方法在各種材料混合時負離子粉的添加量高于前幾種方法的添加量，將會導致其產品的放射性高于其他產品。

綜上所述，前兩種方法在目前生產中使用較多且操作簡便，其產品種類與生產量也高于其他幾種，其他幾種方法目前在人造板領域的應用較少。

2.2 負離子人造板相關產品

上述負離子人造板工藝在生產中已經得到了一定的應用，目前市面上還出現(xiàn)了一些多功能復合負離子人造板，這種人造板既有釋放負離子的功能，又具有其他功能。如邸勝華[39]發(fā)明了一種負離子防火板，該板材從上到下依次設置了裝飾層、負離子凈化層、蛭石板層、香樟木板層、陶粒板層和耐磨層，層與層之間通過黏合劑連接，具有較好的防火、防蛀、空氣凈化和耐磨的作用；張煥兵等[40]將裝飾紙浸漬在抗菌抗病毒液及負離子膠液中，烘干后將得到的裝飾紙與基材熱壓從而得到負離子抗菌抗病毒飾面人造板，可用于室內墻板、門板、衣柜等，尤其適用于抗疫、具有傳染性的空間裝飾裝修；孫豐文等[41]將經表面改性處理的生物質粉體材料、磷酸三鈉和硫酸鎂、硅微粉、氯氧鎂水泥充分混合后制備具有阻燃防火、誘生負離子、輕質等功能型無醛裝飾板。除此之外，還有抗菌防霉木制裝飾板、負離子絕緣復合板、負離子除醛板、負離子凈味板等多功能負離子板。這些多功能負離子復合板已被應用于室內墻板、門板、衣柜、鞋柜等家具與裝飾。

3 負離子檢測評價方法

隨著市場上負離子人造板產品的增多，也出現(xiàn)了一些“純屬虛構”“偷換概念”的負離子產品[42]，產品質量良莠不齊。所以對負離子產品釋放量的檢測評價是十分必要的，這對促進負離子產品的市場規(guī)范與負離子產品健康發(fā)展的意義不言而喻。

3.1 負離子釋放量檢測方法

負離子釋放量是衡量負離子人造板釋放負離子能力的一個重要指標。目前，關于人造板的負離子釋放量檢測方法主要有兩種，一種是靜態(tài)測試法，另一種是動態(tài)測試法。

JC/T 1016—2006（材料負離子發(fā)生量的測試標準）中已經對靜態(tài)測試法有了詳細的介紹，靜態(tài)測試法是針對負離子功能性涂料和板材誘發(fā)負離子能力評價而設計的方法[43]。靜態(tài)測試法是通過測量規(guī)定時間內的累計電荷量，科學分析計算其數(shù)值，最后得出測量結果，通過計算機監(jiān)控會降低周圍因素對其造成的影響；而動態(tài)測試法是以JC/T 2110—2012（室內空氣離子濃度測試方法）作為參考而規(guī)定的一種實驗方法，測試結果為每立方厘米釋放的負離子量[44]。此方法通過使用換風裝置使空氣產生流動來測試其瞬時值。所以動態(tài)測試法受到風速和環(huán)境等因素的影響會導致數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定性，其管理方式是通過人員的現(xiàn)場監(jiān)測，所以人為因素也會對其測試結果造成一定的影響。將兩者進行對比可以得出，靜態(tài)測試法比起動態(tài)測試法具有更科學、更可觀、更準確的評價效果。制定相關標準會使檢測過程更加規(guī)范，檢測結果更加準確。

3.2 負離子人造板相關檢測標準

不同儀器、不同的測試環(huán)境等都會影響負離子的測試結果，制定標準的過程就是比較并確定測試儀器及測試條件方法的過程[45]，表1是一些國內外負離子相關檢測標準。

表1 負離子相關檢測標準Table 1 Testing standard on negative ions

JC/T 1016—2006中規(guī)定了負離子功能材料及其制品的負離子發(fā)生量的測試方法；在此基礎上，GB/T 28628—2012中明確闡述了材料誘生空氣離子的離子量測試系統(tǒng)、測試條件、測試方法和測試步驟等一系列相關內容；JC/T 2110—2012是專門針對各類建筑的室內空氣離子的濃度測試的規(guī)定；JC/T 2040—2010中對負離子功能裝飾材料的測試方法、空氣負離子誘生量、放射性限量及檢驗規(guī)則進行了規(guī)定；LY/T 3235—2020是針對負離子功能人造板及其制品的制定標準，主要規(guī)定負離子發(fā)生材料要求、負離子功能人造板產品要求、檢驗方法、檢驗規(guī)則等。這些標準的制定規(guī)范了負離子人造板市場，為負離子人造板的評價提供了依據(jù)。

選擇科學的測試儀器、制定一套科學的測試方法并制定負離子產品的相關標準，能夠規(guī)范負離子產品市場，促進負離子產品市場發(fā)展。

4 負離子人造板存在的問題

4.1 負離子材料放射性檢測存在監(jiān)管盲區(qū)

負離子材料一般是由天然礦石磨制而來，這些天然礦石中會含有放射性物質，但目前對負離子粉的放射性監(jiān)測研究相對較少。一部分廠家并不了解此類負離子材料的危害性，為了提高產品的負離子釋放量而大量地添加這類放射性材料。這類做法導致市場上大部分產品放射性嚴重超標。有些使用含負離子粉產品的生產單位在未履行有關管理程序的情況下，通過網絡等途徑隨意購買含放射性的物質用于生產，導致在負離子產品生產的過程中存在監(jiān)管盲區(qū)[46]。

4.2 負離子人造板可持續(xù)釋放性能差

負離子人造板在使用過程中容易受周圍環(huán)境的影響（如氣流、濕度、溫度），其釋放量相對不太穩(wěn)定，且負離子人造板隨著使用年限的增長，負離子釋放功能也會隨之衰減，保持負離子長效穩(wěn)定釋放是需要解決的技術難題。

4.3 負離子人造板質量參差不齊

由于負離子人造板市場還未形成規(guī)范的監(jiān)督制度，導致目前市場上的負離子人造板質量參差不齊，部分產品只具備了釋放負離子的能量，但空氣中沒有負離子或負離子釋放量很低，使消費者對負離子行業(yè)的產生了負面認識。

4.4 缺乏關于負離子人造板的抗菌、降醛性能的質量評價標準

負離子能與空氣中的污染物相互作用，抑菌除菌、分解有害氣體，但目前關于負離子對細菌、甲醛等有害物質的去除效果沒有規(guī)范的標準，對于負離子人造板的抗菌以及降醛性能缺乏充分的研究和評估標準。

5 展望

目前，負離子人造板的研究雖然在負離子材料、負離子人造板工藝、負離子檢測方法等方面已經取得一些成果，但仍存在著一些問題，還需進一步的研究。因此，筆者對負離子人造板未來的研究重點做出如下展望。

（1）加強對負離子材料結構的研究，并深入研究其影響因素。研究負離子人造板在使用過程中的穩(wěn)定與衰減性規(guī)律，并對負離子濃度變化的影響因素的分析，從而對負離子材料的使用原理、工藝方法和應用效果進行比較，使人造板能夠長效穩(wěn)定地釋放負離子，為負離子人造板的進一步開發(fā)和應用提供方法和理論依據(jù)。

（2）加快開發(fā)能釋放負離子新材料并制定負離子材料放射性相關檢測標準。雖然負離子誘發(fā)源礦物的負離子誘發(fā)效果優(yōu)異，但其本身所具有的放射性對其使用造成一定限制[47]。所以開發(fā)新的、安全性高的新材料是十分重要的。此外，目前我國只是針對裝修建材有強制性標準，對其他產品未有明確限制標準，負離子材料放射性檢測必須引起足夠重視，制定相關產品放射性質量標準十分重要。

（3）加快制定負離子人造板對空氣凈化作用的評價方法，強化市場監(jiān)管。深入研究負離子人造板系列產品對室內空氣環(huán)境的凈化作用，制定科學的適用于負離子人造板的對空氣凈化作用的評價方法，確保進入市場的負離子人造板相關產品符合相關標準要求，為規(guī)范產品質量和質檢機構提供依據(jù)。

隨著負離子人造板研究的不斷深入，未來負離子人造板也將展現(xiàn)出更加優(yōu)異的經濟價值和廣闊的市場前景。